CC BY
53
Математическое моделирование процессов в водохранилище на реке Эшкакон
и ее практическая значимость
В.С.Алёшин, А.А.Онищенко (РГСУ, г.Ростов-на-Дону)
Математические модели все более прочно входят в практику исследований и проектирования систем водоснабжения. Универсальность абстрактного языка математики позволяет обобщать экспериментальные результаты, дает возможность широкого обзора вариантов, как самих систем, так и их технологических режимов эксплуатации, что в свою очередь позволяет отобрать наиболее оптимальные варианты технологических схем комплексов [1,2].
Техника построения модели в области водоочистки зачастую составляет своего рода искусство, доступное разве что математику. Более подробный анализ сущности формализации процесса дает количественные закономерности процесса в блоке. Это означает, что для заданных входных условий блока, используя формализацию процесса, всегда можно найти его результат на выходе. Очевидно, мы имеем дело с предсказанием результата процесса в блоке по входным условиям и формальному представлению процесса. Математическая модель позволяет прогнозировать работу блока [3,4].
При прогнозировании с помощью модели, нельзя сказать о самом процессе, ведь формализация предполагает абстрагирование от внутреннего смысла процесса. Жертвуя пониманием сущности процесса, приобретаем возможность предсказывать его результат. Такой подход является типично прагматическим, то, несомненно, устраивает как эксплуатационника, так и химика-технолога.
В случае зависимости от времени входных условий, которые называются внешним воздействием или просто воздействием на блок, для заданной формализации процесса в блоке можно прогнозировать его результат на любой момент времени. Такой мгновенный результат воздействия называют откликом блока на воздействие.
Процессом в блоке можно управлять, изменяя параметры формализации, определенным образом дозируя реагент, как-то воздействуя на гидродинамику потока. Такое управление отличается от воздействия своей целенаправленностью.
Управляемая технология оптимальна не только по параметрам отклика, но и позволяет сэкономить реагенты, в какой-то мере упрощает обслуживание комплекса, но самое главное - гарантирует высокую надежность эксплуатации.
Рассмотрим математическую модель водохранилища как предварительного отстойника, в котором происходит перемешивание потока воды [5]:
Свых = Свх (1+и/у)"1
где и - скорость осаждения; V - скорость транспортного потока.
Эффект отстойника с такой моделью равен:
К=(1+и^)-1
Потери воды в водохранилище-отстойнике незначительны, т.е.:
Т=Т1 =Т 2 +У/0
Эффект реактора смешения равен:
К=(1+КТ)-1
ЯТ=и^
Откуда:
К=и^Т=иО^У=и8/У=ик
где V - объём отстойника; Б- площадь поперечного сечения блока; И- длина в направлении V.
Процесс осаждения в блоке происходит с кинетикой первого порядка:
Свых гСвх/р
После интегрирования распределение концентрации по высоте со временем, характерное для седиментации по классической теории Эйнштейна-Самолуховского, будет иметь вид:
I — СвыхёЬ= - |— ( иСвхёк) / И г г
Свых иСвх1п |И|
Под И понимается координата точки, отсчитанная от некоторого уровня воды. Кинетическая запись процесса дает распределение скорости осаждения, а ее интеграл -распределение концентрации по высоте на любой момент времени.
В таблице 1 представлены расчёты по математической модели Эшкаконского водохранилища как предварительного отстойника, в створе сечения 1-1, близко расположенному к водозаборному сооружению [6].
Таблица 1
Расчеты по математической ^ модели Эшкаконского водохранилища_________
№ п/п Н,м С вх мг/л С вых мг/л V, мм/с 1п |Ы
1 2 3 4 5 6
В межень
1 2 150 1 0,0096 0,6931
2 10 150 2,5 0,0078 2,3
3 20 150 5 0,011 2,996
4 24 150 10 0,021 3,178
5 32 150 30 0,058 3,466
6 40 150 50 0,09 3,689
7 47 150 100 0,173 3,85
8 БО 150 150 0,253 3,912
В паводок
1 2 1500 50 0,048 0,6931
2 10 1500 100 0,035 2,3
3 15 1500 200 0,049 2,7
4 20 1500 300 0,067 2,996
5 30 1500 500 0,098 3,4
6 44 1500 1000 0,176 3,784
7 48 1500 1500 0,258 3,871
Полученные расчеты скорости осаждения по математической модели практически не отличаются от лабораторных исследований.
В = 220 М
Рисунок 1 Створы на поверхности водохранилища для отбора и исследований проб воды и осадка.
I - VII - поперечные сечения водохранилища;
1 - 16 - номера отбора проб по створам.
Выводы :
1. Проведенные эксперименты регулируемого Эшкаконского водохранилища показали, что оно является огромным предварительным отстойником, в котором происходит очистка воды перед водозаборным сооружением;
2. При многолетних исследованиях выяснилось, что качество воды в водохранилище по всем показателям практически соответствует СанПиНу и обработка её в течение 7-8 месяцев возможна без применения реагентов;
3. Исходя из п.2 выводов, предварительно очищенную воду водохранилища можно подавать для окончательной очистки непосредственно на скорые фильтры с последующим обеззараживанием и подачей потребителю.
Список литературы:
1. Будлей В.Р. Моделирование гидромелиоративных систем. - Киев.: Наукова Дума, 1975, 195 с.
2. А.А.Смоляниченко, А.В.Тихонов, П.Н.Науменко, Н.С.Серпокрылов. Исследование массообменных характеристик аэроторов ЯЕНАИ КАИБЮХОК. Материалы междунарожной научно-практической конференции «Строительство-2012». Ростов-на-Дону.: РГСУ, 2012
3. Н.С.Серпокрылов, Н.Н.Куля. Моделирование линий токов с помощью программного оборудования АКБУБ 11. Материалы междунарожной научно-практической конференции «Строительство-2012». Ростов-на-Дону.: РГСУ, 2012
4. Железняков Г.В., Данилевич Б.Б. Точность гидрологических измерений и расчетов. Л.: Гидрометеоиздат, 1966, 115 с.
5. Математические модели контроля загрязнения воды./ Под ред. Джеймса А. - М.: Мир, 1981, 483 с
6. Алешин В.С. Очистка природной низкотемпературной воды. Ростов-на-Дону.: Ростиздат, 2005, 250 с.
